Day–night behavioral variation is observed in most organisms, and is generally controlled by circadian clocks and/or synchronization to environmental cues. Hydra species, which are freshwater cnidarians, are thought to lack the core clock genes that form transcription–translation feedback loops in clock systems. In this study, we examined whether hydras exhibit diel rhythms in terms of behavior and gene expression levels without typical clock genes. We found that the total behavior of hydras was elevated during the day and decreased at night under a 12-h light–dark cycle. Polyp contraction frequency, one component of behavior, exhibited a clear diel rhythm. However, neither total behavior nor polyp contraction frequency showed rhythmic changes under constant light and constant dark conditions. To identify the genes underlying diel behavior, we performed genome-wide transcriptome analysis of hydras under light–dark cycles. Using three different analytic algorithms, we found that 380 genes showed robust diel oscillations in expression. Some of these genes shared common features with diel cycle genes of other cnidarian species with endogenous clock systems. Hydras show diel behavioral rhythms under light–dark cycles despite the absence of canonical core clock genes. Given the functions of the genes showing diel oscillations in hydras and the similarities of those genes with the diel cycle genes of other cnidarian species with circadian clocks, it is possible that diel cycle genes play an important role across cnidarian species regardless of the presence or absence of core clock genes under light–dark cycles.

中文翻译：

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Hydra vulgaris 在行为和基因表达水平上表现出昼夜变化

在大多数生物体中观察到昼夜行为变化，并且通常由生物钟和/或与环境线索同步控制。水螅属淡水刺胞动物，被认为缺乏在时钟系统中形成转录-翻译反馈回路的核心时钟基因。在这项研究中，我们检查了水螅在没有典型时钟基因的情况下是否在行为和基因表达水平方面表现出昼夜节律。我们发现在 12 小时的明暗循环下，水螅的总行为在白天升高，而在夜间降低。息肉收缩频率是行为的一个组成部分，表现出明显的昼夜节律。然而，在恒定光照和恒定黑暗条件下，总体行为和息肉收缩频率均未显示出节律性变化。为了识别代尔行为背后的基因，我们在明暗循环下对水螅进行了全基因组转录组分析。使用三种不同的分析算法，我们发现 380 个基因在表达中表现出稳健的 diel 振荡。其中一些基因与其他具有内源时钟系统的刺胞动物物种的昼夜循环基因具有共同特征。尽管没有典型的核心时钟基因，九头蛇在明暗周期下表现出昼夜节律。鉴于在水螅中显示昼夜振荡的基因的功能以及这些基因与具有生物钟的其他刺胞动物物种的昼夜循环基因的相似性，无论存在与否，昼夜循环基因都可能在整个刺胞动物物种中发挥重要作用明暗循环下的核心时钟基因。使用三种不同的分析算法，我们发现 380 个基因在表达中表现出稳健的 diel 振荡。其中一些基因与其他具有内源时钟系统的刺胞动物物种的昼夜循环基因具有共同特征。尽管没有典型的核心时钟基因，九头蛇在明暗周期下表现出昼夜节律。鉴于在水螅中显示昼夜振荡的基因的功能以及这些基因与具有生物钟的其他刺胞动物物种的昼夜循环基因的相似性，无论存在与否，昼夜循环基因都可能在整个刺胞动物物种中发挥重要作用明暗循环下的核心时钟基因。使用三种不同的分析算法，我们发现 380 个基因在表达中表现出稳健的 diel 振荡。其中一些基因与其他具有内源时钟系统的刺胞动物物种的昼夜循环基因具有共同特征。尽管没有典型的核心时钟基因，九头蛇在明暗周期下表现出昼夜节律。鉴于显示水螅中昼夜振荡的基因的功能以及这些基因与其他具有生物钟的刺胞动物物种的昼夜循环基因的相似性，无论是否存在，昼夜循环基因都可能在整个刺胞动物物种中发挥重要作用明暗循环下的核心时钟基因。其中一些基因与其他具有内源时钟系统的刺胞动物物种的昼夜循环基因具有共同特征。尽管没有典型的核心时钟基因，九头蛇在明暗周期下表现出昼夜节律。鉴于在水螅中显示昼夜振荡的基因的功能以及这些基因与具有生物钟的其他刺胞动物物种的昼夜循环基因的相似性，无论存在与否，昼夜循环基因都可能在整个刺胞动物物种中发挥重要作用明暗循环下的核心时钟基因。其中一些基因与其他具有内源时钟系统的刺胞动物物种的昼夜循环基因具有共同特征。尽管没有典型的核心时钟基因，九头蛇在明暗周期下表现出昼夜节律。鉴于在水螅中显示昼夜振荡的基因的功能以及这些基因与具有生物钟的其他刺胞动物物种的昼夜循环基因的相似性，无论存在与否，昼夜循环基因都可能在整个刺胞动物物种中发挥重要作用明暗循环下的核心时钟基因。